秸秆残茬覆盖对土壤水热效应和玉米产量的影响研究

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玉米是我国的主要粮食作物之一,东北地区为玉米主产区,在该地区玉米的种植以雨养为主,尤其近年来生态环境的恶化,以及年内降水的分配不均,使得玉米在不同的生长期内容易出现春旱的情况。19世纪末兴起的保护性耕作技术,以秸秆残茬覆盖和少耕免耕为主要处理措施,具有提高土壤蓄水保水能力的作用,在全球各地区引起广泛的重视。我国也有很多相关的研究,但是限于作物种类和生长地区气候的差异,同样的处理措施会有不同的结论。因此研究适用于不同地区的秸秆残茬覆盖方式是目前亟需解决的问题。本论文是以沈阳地区为例,结合教育部留学回国人员科研启动基金课题“秸秆残茬覆盖耕作蓄水保墒保土机理的研究”(教外司留[2010]1174号),探讨秸秆残茬覆盖对该地区雨养玉米土壤水热效应和作物产量的影响。通过在田间试验采集不同秸秆残茬覆盖方式对土壤水分、温度、作物生长指标和产量指标数据,分析不同秸秆残茬覆盖方式下的土壤含水率、地温和棵间蒸发量在生长期内的变化,探讨不同秸秆残茬覆盖方式对其影响的差异;根据水量平衡原理计算不同生育期内的耗水量以及作物的水分利用效率。主要有以下成果。(1)在一年内,尤其在休闲期内和降大雨时,由于秸秆覆盖有利于降水的入渗,同时对地表的蒸发有很大的限制作用,所以秸秆残茬覆盖方式可以提高土壤的含水率。不过全生育期内各种处理的含水率总体变化趋势相似。(2)连续小量降水的情况下:几种处理在60cm深度内含水率均有升高,在60cm~80cm范围内,除了(浅松覆盖)QSG有点增大外,其余的含水率都是在降低;不过变化都没有(传统耕作)DZ的大。集中大量降水情况下:不同处理均提高了土壤的含水率,平均提高量最大的要属(留茬全覆盖)CJG,是DZ提高量的34%,(压实覆盖)YG的含水率比DZ提高的最小,但是也占了DZ提高量的24.5%。说明秸秆残茬覆盖对小量降水时的土壤水分吸收不利而降大雨时的水分入渗有利。(3)各种处理与DZ棵间蒸发均值比较都有下降,效果最显著的要属YG,相当于比DZ降低了28%。说明秸秆覆盖能够抑制水分的蒸发,并且地表覆盖越密实对水分蒸发的影响越大。(4)秸秆残茬覆盖方式对作物的耗水量的影响为:在苗期、拔节期、抽穗期和灌浆期内始终是CJG的耗水量与DZ的差距最大,尤其在抽穗期内,达到了30.73mm,占DZ耗水量的39%;在成熟期内只有QSG的耗水量比DZ的大,其他处理均小于DZ,其中(留茬覆盖)CG和DZ之间的差最大,值为是6.59mm,占DZ耗水量的32%。总体来说,在降低作物耗水量方面是CJG和YG的效果好。(5)在苗期,0~25cm范围内的地温整体上CJG<YG<(条带覆盖)TG<DZ。而其它三种处理,尤其在地表10cm范围内,QSG>DZ>CG。说明在苗期整根秸秆和残茬覆盖均不利于地温的升高,而少耕和碎秸秆覆盖对温度升高有利。在作物的生整个生长期内,不同秸秆残茬覆盖地温均值的变化说明了所有处理都使地温降低了,只是降低的程度不同,其中QSG和CG的地温更接近于DZ一些,而CJG的地温和DZ的差距最大,有1.48℃之多。(6)不同秸秆残茬覆盖方式的地温都是随着深度的增加在不断的降低,只是变化量的变化趋势有所不同。QSG和DZ的地温是随着深度的增加温度在降低,并且深度越大温差越小;CG和TG两种处理的地温是随着深度的增大温度在不断的降低,深度增大温差在变小,但是在20cm深度处温差出现增加现象,YG与CJG的变化趋势和CG与TG的相似,只是转折点在15cm处。总之,秸秆残茬覆盖方式使地温偏低,并且深度的增大,降温的幅度是先减小后增大。(7)保护性耕作措施在玉米出苗率方面:少耕效果优于免耕,免耕效果优于压实;出苗方面最好的处理是QSG。秸秆残茬覆盖对作物LAI的影响方面:不同处理的LAI为QSG> DZ> CG>TG>CJG>YG;尤其是QSG,与DZ的LAI最大的差值能够达到0.5,是DZ的LAI最大值的12%左右。所以QSG的对LAI的提高有利。(8)通过分析可以看出水分生产效率由高到低依次为:TG、QSG、CG、DZ、CJG和YG。TG和CG两种处理的产量虽然低于DZ的,但是它们的耗水量也低于DZ,计算得出这两种处理的WUE超越了DZ,同时表明,秸秆残茬覆盖方式虽然对产量产生了影响,但是由于其在作物生长期内能够提高土壤保持水分的能力,使土壤含水率变化缓慢,提升了土壤的水分生产利用率。
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